Устройство для сглаживания периодических случайных сигналов Советский патент 1986 года по МПК G06F17/17 

Изобретение относится к вычислительной технике, мджет использоваться при исследовании периодических сигналов, иримимаемых в смеси с шумом и является усовершенствованием устройства по авт.св. К 982012.

Цель изобретения повышение точности регистрации .и качеств.а подавления помехи.

ila чертеже приведена структурна : электричес1сая схема иредлол енного устройства.

Устройство содержит блок 1 управления, триггер 2, первьй счетчик 3, коммутатор 4, первый 5 и второй 6 регистры, сумматор 7, усилитель 8, апа .гюго-цифровой преобразователь. (ЛЦП) 9, блок 10 памяти, блок 11 деления, ирр.образователь 12 двоичного кода в десятичный, блок 13 индикации, вто- poii счетчик 14, генератор 15 нере- страм/заемой частот, нервый формиро- jjnTGjuj 16 импульсов, третий счетчик Г/, при зтом блок 1 управления содер :i.jiT дешифратор 18, первый . 19 и второй 20 триггеры, элемент ШП1 21 ,. формирователь 22 1шиульсов и счетчик 23, первый 24, второй 25, рвтий 26. элементы И, дополнительный элемент МЛН 27, четвертый 28 и пятый 29 счетчики, первьш 30, второй 31 и третий 32 дриолпительпые трпггеры, блок 33 дешифраторов, первый 34, второй 35 и третий 36 допо;ип1тсльные коммутаторы первый 37 и второй 38 дополнительные сумиатЪры, третий регистр 39, блок 40 инверторов, блок 41 элемеитов ИЛИ Устройство работает следующим образом.

Входной нериод,ическ ш сигнал U(t) Г1р1- иимаемый в смеси с шумом, поступает на усилитель 8, где нормируется д необходимой величины и передается на аналого-цифровой преобразователь 9. Здесь нронзводитсп преобразование ие прерывного сигнала в цифровой код. Дискретизация уже иреобразованного сигнала осуществляется на регистре б, где запоминаются мгиове1Н1ые зна- ijejnin сигнала с частотой fp (развертки). Эта частота вырабатывается генератором .15 перестраиваемой частоты и, сформированная в блоке 1. управления, нодается на регистр 6.

В начальньш момент регистрации устройство работает п режиме Без паконлеиия. Вследствие этого триггер 19 переключается в единичное

5

0

5

0

5

0

45

50

. i5

;состояние. Формирователь 22 импульсов вырабатывает из перепада ш шульс и устанавливает триггер 20 в пулевое состояние. Нулевой нотенциал дает разрешение дешифратору 18 на прохождение импульсов записи на первый 5 и второй 6 регистры и через третий счетчик 17 - па блок 10 памяти, а таюке держит один из входов элемента Ш1И 21 закрытым. Третий счетчик 17 . задает режим работы блока 10 памяти Запись - считывание. Поступающий по другому входу потенциал единицы с выхода триггера 19 передается элементом ИЛИ 20 на счетчик 3 и триггер .2. Этот потенциз-л запрещает считать счетчику 3 и, переключая триггер 2, держит закрытым коммута ор 4. В этом случае на выходе; комг утатора 4 присутствует код нуля. Полученный код обеснечивает прохождение дискретных отсчетов через сум -1атор 7 непосредственно на блок 10 намяти. Здесь происходит запись всех отсчетов и их поочередное считывание соответственно по всем позициям. Считываемая информация о сигиале переписывается в регистр 5 и нодается на блок I1 деления. Поскольку режим регистрации является начальным, то с выхода счетчика 3 CHi-иается код единицы, . деления не-происходит.

Дискретные отсчеты сигнала носту- пают на первый вход сумматора 37 и складываются с логической единицей в те моменты времени, когда формируется строб. Это необходимо для выделения местоположения строба на отображаемой форме сигнала. С выхода сумматора 38 информацня о сигнале подается на преобразователь 12, где двоичный код преобразуется в двоично-десятичный i: в таком виде подается на вертикальные шины блока 13 индикации. Горизонтальные шины его . нодключены к счетчику 14, в результате чего на экране блока 13 индикации формируется изобра.жение формы сигнала. Счетчик 14 работает с по- стояь ной часто;гой fp, (воспроизведе- . пия), поступающей с генератора 15 перестраиваемо частоты через форми- ррватель 16 импульсов.

В начальном режиме частота развертки fp, поступающая с выхода генератора 15 нерестраиваемой частоты, распределяется с помощью счетчика 23 и д€;шифратора 18 на четыре такта.

первый из которых осуществляет счи- тываииенпформации нз ячеек блока 10 памяти, второй - перезапись информации в регистр 5 для вывода на блок 13 индикации, третш - запись входной информации, поступаюа(ей с аналого-цифрового преобразователя 9, в регистр б 1 четвертый - запись этой информации в блок 10 памяти.

Таким образом, в начальном режиме работы устройства преобразованный сигнал записывается в виде дискретных значений и следом считывается, при этом на экране блока 13 индикации наблюдается ocциллorpa шa бегущего сигнала.

Для получения неподвижного, устойчивого изображения на экране оператор вначале осуществляет грубую подстройку частоты развертки к частоте исследуемого сигнала, добиваясь нх приближенного равенства или кратности. В этом случае оператор с помоц ью кнопки управления (.управляющ1гй вкор) через блок 41 элементов ИЛИ воздействует на вход генератора 15 перестраиваемой частоты и изменяет частоту i p до получения на экране видимого изоб- Рсшения формы периодического сигнала Но это изображение еще медпенно пе редвигается и для его точной установки с номощью данной регулировки потребуется очепь много времени, к тому же оператор должен постоя1Н1о отслеживать хпобые возможные изменения fc Если же условие кратности точно не выполняется, то при последующем режиме накоплепия возникнут существенные искажения формы исследуемого сигнала .

Дня

точной привязки fp к f(;. УСТРОЙСТВО имеет ряд элементов и блоков, обеспечивающих автоматическую следящую синхронизацию этих частот. С этом целью над изображением формы сигнала дополнительно формируется строб, длительность и местоположени которого можно задавать.

Рассмотрим подробнее узел формирования строба и автоматической подстройки развертки.

Выходная частота генератора 15 поступает на первый вход элемента ИЛИ 27 и беспрепятствепно проходит на вход счетчика 28. Емкость счетчика 28 равна емкости счетчика 17 и емкости счетчика 14, при этом частота света у них также одинаковая.

10

f5

25 о 2987 4

Счетчик 28 начинает последовательно просчитывать все значения и в заключении вырабатывает иьтульс переполнения, который переключает тригтеры 30 и 31 в единичное состояние, а в счетчик 29 записывает выставленный на входе код длительности строба, Единичный потенциал с выхода триггера 30 открывает эле1-1ент И 26 и одно- ь ременно устанавливает логическую единицу в младшем ризряде сумматора 37. Через открытый элемент Н 26 частота с выхода генератора 15 поступает на счетный вход счетчика 29 и записаРП1ьй в него код длительное-- ти строба начинает уменьшаться с каж- тактом на единицу. Код с выхода счетчика 29 далее подается на вход блока 33 дешифраторов, где выделяются импульсы середин стробов, задангагх целым набором кодовых комбинащй.

20

25о 5

0

5

0

5

В соответствии с установленным кодом длительности строба коьп-гутатор ра 34 выбирает тот или иной выход блока 33 дешифраторов и тем самым пропускает нужный импульс середины строба. Этим импульсом переключается в нулевое состоягпге триггер 31 и переход 1т в единичное состояние триггер 32. Код в пятом счетчике 29 про- долйсает уменьшаться и как только он достигнет нулевого значения, на.его выходе переноса появится импульс, который одновременно переключит триггеры 30 и 32 в нулевое состояние. Потенциал с выхода триггера 30 закроет элемент И 26 и установит на втором входе су а- атора 37 код нуля.

Такнм образом, с нрюсодом каждого импуль.са перенолнения с выхода счетчюса 28 будет формироваться на выходе триггера 30 временной интервал, равньй длительности строба, а на выходах триггеров 31 и 32 - временные интервалы, равные первой и второй половинам строба соответственно . .

Для перемещения строба в устройство введены элемент ИЛИ 27 и элементы И 24 и 25, которые позволяют получить рассинхронизацию счетчика 28 относительь о счетчиков 14 и 17. Такая возможность достигается увеличением или уменьшением основной частоты fр, поступающей непрерывно на вход счетчика 28, на определенное значение, заданное постоянной частотой пе.ремеп1ения f;, взятой с внешне

го входа, Управление перемещением осуществляется виепшими кнопками - движение строба влево / и движение строба вправо /-f /. При этом частота fn либо складавается с ос новной частотой fc, либо вычитается из нее, а счетчик 28 в данном случае или раньше кончает счет или позже его заканчивает по отношению к счетчикам 14 и 17.

Следующим этапом работы устройства является установка необходимого кода длительности строба в счетчике 29 и перемещение строба на участок одного из экстремумов сигнала с помощью кнопок управления и . После этого единичным поден- циалом с переключателя автоматической подстройки развертки открывают коммутатор 35 и осуществляют следую- щую синхронизацию частоты fp за частотой входного сигнала fс,. Для реализации данного режима работы устройства на коммутатор 35 подают два разрешающих импульса с выходов тригге - ров 31 и 32, которые равны по длительности и являются двумя половинными строба. На время первой половины строба коммутатор 35 открывается по входу приема мгновенных значений Сигнала, поступающих в прямом коде с выхода регистра 6. Эти значения проходят на один из входов сумматора 38 и далее следуют на регистр 39. Здесь они запоминаются с частотой регнстра ции и хранятся от такта к такту - этой частоты. Выходные значения с регистра 39 вновь поступают на сумматор 38 и складываются со следующими мгновенными значениями. Такое суммирование производится в течение времени всей первой половины строба.

В момент появления разрешающего импульса второй половины строба с выхода триггера 32, коммутатор 35 открывается по входу приема мгновенных значений сигнала, поступающих в инверсном коде с выхода блока 40 инверторов. При этом на входе Заем сумматора 38 устанавливается потенциал единицы выходным импульсом триггера 32 и выбирается, тем самым, для сумматора 38 режим вычитания. Теперь следующие мгновенные jHa4eHHH сигнала только вычитаются из полу ченной суммы за первую половину строба до прихода конца строба. В момент его поступления на выходе регистра 39 опре;0

5 0 5 0 ,;

3

0

5

деляется разность суммарных значений двух половин строба, которая подается на вход коммутатора 36. Послед- , до этого закрытый импульсом строба с выхода триггера 30, открывается и.пропускает разностное значение на блок 41 элементов ИЛИ, который, в свою очередь, передает его на вход генератора 15,. Автоматически происходит необходимое изменеппе частоты регистрации, исходя из условия, что если сумма мгновенных значений за время первой половины строба / меньше суммы мгновенных значений за время второй половины строба / то частота регистрации уменьшится, если же Z то частота регистрации увеличивается. Такая подстройка частот лропзводится циклически на каждом вновь поступившем периоде сигнала до исключения разностного зна- , чения . и 2,2. , т.е. получешш на выходе реп стра 39 кода нуля. Последнее св:-щетельствует о выполнении условия точной синхрои)зацнп между частотами ,f „ и fp , достюкешм на блоке 13 индикации пеподв5Ш1юго изображения формы сигнала.

В последуюицп момент времени оператор с помоп ью задатчпка кода уста 11авл{- вает число циклов пакопления на входах предварительной установки первого счетчика 3 и переключает устройство в режим с накоплением. Триггер 19,переходит в нулевое состояние и закрывает этим потенциалом первый вход элемента ШШ 21. В результате на выходе элемента ИЛИ 21 образуется нулевой потенциал, который снимает запрет с первого счетчика 3 и триггера

2. Импульсы конца каждого периода накоплепия, поступаюп1ие с первого выхода генератора 15, проходят на счет 1ый вход первого счетчика 3 и уста- цавливают трип ер 2 по выходу в единичное состояние. Коь мутатор 4 открывается и считывае1-Я)1е цифровые отсчеты сигнала, запомненные при начальном режиме регистрации, с выхода первого регистра 5 памяти проходят на сумматор 7. Здесь они складь1вают- ся с вновь поступающими отсчетами, разнесенными OTHocHTejnjHo предыдупцтх ровно.на один или несколько периодов входного сигнала. Суммарные значения записываются п блок 10 памяти fia позиции считываемой информации и хранятся до конца периода накопления.

71

Далее процедура суммирования цифровых отсчетов повторяется н код в счетчике 3 растет.

После того, как код в счетчике 3 достигнет числа периодов накопления, заранее записанного no ycTaHOjjouHUM входам счетчика 3, с выхода переполнения его вырабатывается иг-тулъс, который поступает в блок 1 управления на триггер 20. Этот импульс переключает триггер 20 в единичное состояние. При этом единичный потенциал передается на выход элемента ИЛИ 21 и блокирует счетчик 3 и триггер 2, а также запрещает прохоиодение

импульсов записи на-дешифраторе 18,

1 - поступающих на вход счетчика I/ и

регистр 6. Нулевой потенциал с выхода триггера 2 закрывает коммутатор А.

Поступление импульсов конца периодов

накопления на счетнъш вход первого счетч1П а 3 прекращается и устройство автоматически переходит в режим периодического вывода на экран отфильтрованного сигнала. При пеобходи мости возобзювить процесс фильтрации следует переключить блок 1 управления в режим Без накопления.

Таким образом,,за счет использо- вания в устройстве регистрации специальных средств следящей синхрониза цни частоты внутреннего генератора fp; за частотой входного сигнала fg при действии на сигнал разного рода помех удалось достаточно точно фиксировать отсчеты из периодов сигнала, расположенных зквидиста1 т- но с 1П1тервалом одного гши нескольких периодов f с., н свести к минимуму искажения формы сигнала, возникающие в результате несинхронности накопления.

Формула изобретения

Устройство для сглаживания нери- одических случайных сигналов по авт.св. № 982012, о т л н ч а ю щ е- 6 с я тем, что, с целью повышения точности регистрации и качества подавления помехи, в него введены : первый, второй и третий элементы II, дополнительный элемент ИШ1, четвертый и пятый счетчики, первый, второй и третий дополнительные триггеры, блок дешифраторов, первый, второй и трет1Ш дополнительн е кои-1утаторы, первый и второй дополнительные сум

10

25

429878

матеры, третий регистр, блок инверторов, блок эле 1ентов ИЛИ, при этом выход блока деления соединен с вхо- дом преобразователя двоичного кода в 5 десят1Г-иП)ПЧ герез первый дополнительный су матор, причем второй вь(ход генератора перестраиваемой частоты дополнительно подключен к первым входам дополнгггельного элемента ИЛИ, третьего элемента И и к входу третьего регистра, первые входы первого и второго элементов И являются входами постоянной частоты перемещения строба, вторые входы которых являют- 5 ся входами управления перемещения строба, а выходы соединены с вторым входом дополнительного элемента ИЛИ и управлягаЕ1;им входом четвертого счетчика соответственно, счетный 20 вход четвертого счетчика подключен к выходу дополнительного элемента ИЛИ, а выход четвертого счетчика сое- с единичными входами первого и второго дополнительных триггеров и установочньп-1 входом пятого счетчика, нулевой вход первого дополнительного трип сра подключен к выходу переноса пятого счетчика и нулевому входу третьего дополнительного триггера,

30 выход первого дополнительного триггера соединен с вторым входом третьего элемента И, первым входом третьего дополнительного коммутатора и вторым входом первого дополнитель5 ного сумматора, выход третьего элемента И подключен к счетному входу пя-, того счетчика, вход записи которого соединен с первым входом первого дополнительного коммутатора и является

0 управляющим входом для задания кода длительности строба, выход пятого спетчика через блок дешифраторов подключен к второму входу первого до- «полнш ельного коммутатора, выход ко5 торого соединен с нулевым и единичным входами второго и третьего дополнительных триггеров соответственно, выход второго дополнитешьного триггера подключен к первому входу второго

0 дополнительного ко гмутатора, второй вход которого соединен с выходом . ;третье1 о дополнптельного триггера и первьм входом второго дополнительного сумматора, третий вход второго

5 дополнительного коммутатора и вход блока инверторов объединены и подключены к выходу второго регистра, выход блока инверторов соединен с

четвертым входом второго дополнител ; - ного коммутатора, лятый вход которого явйяется входом автоматической подстройки развертки, второй вход второго дополнительного сумматора . соединен с выходом второго дополнительного коммутатрра, а выход подкл1о- чен к управляющему входу третьего регистра, выход которого соединен с

Редактор А.Шандор

Составитель А.Осипович

Техред И.Гайдош Корректор И.Муска

Заказ 3708/50 Тираж 671 . Подписное

ВНИИПЙ Государственного комитета СССР.

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предориятие, г.Ужгород, ул,Проектная, 4.

третьим входом второго дополнительного су1У1матора и первым входбм треть, его дополнительного коммутатора, выход третьего дополнительного коммутатора подключен к первому входу блока элементов ИЛИ, второй вход ко торого является вхоДом управления, а выход подключен к входу генератора перестраиваемой частоты.